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走近王淦昌丨王淦昌《无尽的追问》第10节:探索神秘的中微子

来源: 发布时间:2022-06-22 14:03:42 浏览次数: 【字体:


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(王淦昌在L波段高度注入器鉴定会上)

1940年初,学校迁到了贵州遵义。我们家在遵义老城租了一处房子,居住下来。

由于这两三年迁校,生活不安定,又缺少营养,再加上路途劳累,我本来患肺结核多年,身体比较弱,到遵义就顶不住了,肺结核加重。当时没有特效药,系里为了让我养病,只让我开近代物理一门课。这门课我已经讲过多次,比较得心应手,后来我考虑到当时使用的教材内容陈旧,关于电磁学一些基本的理论和应用介绍得太少,不能满足现代物理的要求,便主动开了一门电磁波课。

这门课在浙江大学是第一次开,参考书很少。我没有料到来听这门课的师生这么多,除了我们物理系的,电机系来听课的师生更多。每堂课下来,学生们就把我团团围住,七嘴八舌问个没完没了。对学生们提出的问题,我都耐心地回答,有些比较深奥的问题,我就让学生自己先想想,然后到下堂课我再回答,或者让全班同学一起来讨论。

为了给学生们增加一点原子能方面的知识,在这年冬天,我还做了一次关于原子核能的通俗报告。这次报告我做了充分的准备,从煤和石油总是要用完的,人类需要寻找新能源讲起,讲到人们已经发现原子核能比化学能大得多,但是还不能控制天然放射性,以及卢瑟福的α散射、中子的发现……最后讲到核裂变,铀原子核裂变时,一个中子可以打出两三个中子,这样的裂变连续进行下去,就叫链式反应。如果有一天,能够控制这种链式反应的进行,人类将进入一个新的时代--核能时代。这场报告会是在晚上举行的,虽然教室里又冷又暗,但黑压压地坐满了人,许多同学为物理学的发展所鼓舞,他们看到了光明的未来。

原来许多同学认为学物理没有出路,毕业后找个好点的工作都困难,有些同学转学工科了,有的索性退学了。而电机系的周志诚、金德椿和机械系的邹国兴却都是在1940年转到物理系的。听了原子能的报告后,电机系的同学激动地对周志诚他们说:“你们转系转对了,祝贺你们。”

在遵义,系里减少了我的授课时间,让我静养,我怎么静养呢?不是图书都开箱了吗?我就把物理学有关的文献、杂志都拿来,放在床头,一篇一篇地读,让它们陪伴我卧床养病。我思考一些问题,做点搭桥的工作。什么叫搭桥的工作呢?我对学生这样说的:“不要认为物理学的研究工作,只有钻研纯理论和做实验两个方面,还有第三个方面,那就是归纳、分析和判断杂志上所发表的人家的实验方法、数据和结论,这种工作是给理论工作搭桥的,是推动实验工作前进的。”

在这段时间我所做的工作中,有一些就是搭桥性质的,其中重要的一项工作是完成论文《关于探测中微子的一个建议》。

我认为,泡利的假说、费米的理论虽然都是很出色的,假若没有实验来验证中微子的存在,那么,他们两人的工作成果,就成了空中楼阁,没有实际意义,β放射的问题仍旧没有解决。从那时候起,我一直关心着β射线衰变的理论和验证中微子的实验。

利用这次养病的机会,我集中阅读了近几年有关中微子问题的论文,看到不少物理学家所做过的这方面的实验。其中有一个实验引起了我的注意,那就是1939年克兰和哈尔彭的核反冲效应的研究。他们用一个云雾室,测量38Cl(放射性氯)放射出来的β射线和反冲原子核的动量和能量,获得中微子存在的证据。我认为他们的方法不是最好的,因为在这个核反应中,末态有三体,就是说放射出来的是反冲核、β射线和中微子三种粒子。这三种东西分不清楚,就很难测出中微子,最好能够变三体为二体。

我反复思考了一段时间,想到了K俘获的方法。在K俘获的过程中,末态只有二体,就是反冲核和中微子两种粒子,不放射β射线,所以反冲核的能量是单值能量,测量它的能量,就可以得到关于中微子的知识了。

我从1938年的《物理评论》杂志中,找到了几位物理学家用K俘获做的实验。在那个时期,我觉得自己比较成熟了,敢想问题,也想得很多。在德国留学的时候,我还太年轻,还是在学习,有些问题自己想到了,但要导师的支持才能实现。前面我提到的关于中子的实验,就是因为当时我没有坚持自己的主张,尽全力去争取导师的支持,所以错过了发现中子的机会。我把那件事作为一个教训记在心头。

这次我感觉不同了,我对探测中微子的实验充满信心。我给我的学生许良英指定的毕业论文题目就是《β衰变和中微子存在问题》,我建议他毕业后留下来当助教,做我的助手,我们共同来研究这个问题。我告诉他这是一个理论上和实验上一直没有解决的问题,我对这个问题探索了好多年,最近才想出这个方法。

许良英当时一心要找共产党,要投身中国人民的革命事业。他在完成了论文的前半部分后,就匆匆地离开了学校。我也没有办法亲自来做这个实验,因为不具备做实验的条件,很多事情都做不下去,只能让别人去做。我就把自己想出来的验证中微子存在的简单方法,写成了一篇很短的论文:《关于探测中微子的一个建议》。文章中我建议用?Be(放射性铍)的 K电子俘获过程,来探测中微子的存在。

我先把文章寄到《中国物理学报》,结果被退回来了,后来我才知道因为战争,学术刊物的经费困难,《中国物理学报》一年只出一期,不得已只好退稿。1941年10月,我又把这篇论文寄到美国的《物理评论》。1942年1月,这篇文章就发表了。几个月后,美国的物理学家阿伦就按照我的建议,做了K电子俘获的实验,测量了反应后粒子的反冲能量,他的实验报告《一个中微子存在实验证据》,发表在1942年6月的《物理评论》上。

但是很可惜,阿伦的实验也是在战争期间进行的,条件不够理想,没能够测到单能反冲,跟我的建议还有一点出入。但是这个实验还是引起了国际物理学界的注意,成为1942年国际物理学界的重要成就之一。

我对阿伦的实验结果总感到不满足,还在思考怎样探测中微子的问题。1947年,我又写了《建议探测中微子的几种方法》,发表在《物理评论》上。阿伦和另外几位物理学家也陆续做过一系列K俘获实验。到1952年,他才第一次发现单能的反冲核,实验最终获得成功,确认了中微子的存在。

我的老师吴有训教授对我在中微子方面的工作很重视,亲自为我申请范旭东奖金。我把得到的1000美金,分送给了经济困难的我的老师、同事和学生。

我想出来的实验,由外国人做出来,而不是在中国由我们自己做出来,这是很可惜的,也是一件没办法的事情。抗战时期,我们国家很穷,要钻研前沿科学问题,缺乏必要的设备条件,科学家只能做这种搭桥的工作,这种工作在物理学界也是很重要的。

后来,建成了原子反应堆,在实验室里就可以产生大量的中微子。可以用中微子直接打原子核来证明它的存在,上面讲的反冲实验就没有研究的必要了。不过,用反冲实验来验证中微子的存在还是很有趣的。

宇宙空间里,中微子很多,太阳和很多天体都会放出中微子。中微子很孤僻,它不和别的东西发生作用,它的穿透能力很强,可能现在就有一个中微子正穿过你的身体,穿过地球!现在有的科学家就在研究中微子通讯,中微子也是天体物理研究的一个重要课题。

节选自王淦昌著作《无尽的追问》



来源:两弹城微信公众号





终审:徐与非
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